propiedades de la radiacion electromagnetica
DESCRIPTION
APLICATIVOTRANSCRIPT
-
Introduccin a los mtodos
espectromtricos Conocimientos de la naturaleza de la radiacin electromagntica y sus interacciones con la materia.
Regiones del espectro electromagntico y relacin con los mtodos de anlisis espectromtricos.
Propiedades generales, ondulatorias y mecnico-cunticas
Conocimiento del fenmeno de Absorcin y emisin de la radiacin, generacin de los espectros atmicos y moleculares.
Conocimiento y anlisis de la Ley de Beer- Lambert y sus limitaciones.
Absortividad, absorbancia y tramitancia. Aditividad de la absorbancia para el anlisis de mezclas.
-
Naturaleza de la radiacin
electromagntica y sus interacciones
con la materia Propiedades de la Radiacin Electromagntica.
La Radiacin Electromagntica tiene una naturaleza dual onda- partcula.
Muchas propiedades de la Radiacin Electromagntica se explican con un modelo de onda sinusoidal.
Sin embargo a diferencia de otros fenmenos ondulatorios, no necesita un medio de propagacin, por lo que se propaga
fcilmente en el vaco.
Adems la energa radiante puede ser emitida y absorbida.
Para explicar estos fenmenos, se necesita un modelo corpuscular: La radiacin se contempla como un flujo de
partculas discretas o paquetes ondulatorios de energa
denominados fotones
-
Propiedad de Onda
La radiacin electromagntica est
constituida por ondas
que se propagan en
el espacio a una
velocidad dada.
Las ondas estn constituidas por
componentes
elctricos y
magnticos
perpendiculares entre
s.
-
-Longitud de onda, : es la distancia entre dos
puntos de la onda que han
pasado un ciclo completo.
1 angstrom () = 10-10 metros
1 nanometro (nm) = 10-9metros 1 micrometro(mm) = 10-6metros
-Frecuencia, n: es el nmero de ciclos por
unidad de tiempo.
1/s o s -1 o ciclos/s o hertz
(Hz).
Velocidad de propagacin, u:
Es la multiplicacin de la
frecuencia por la longitud de
onda u = n x n Es invariable u depende del medio que
atraviesa
Parmetros Ondulatorios
Amplitud A: La longitud del vector en
el mximo de la onda
-
Modelo Corpuscular de la radiacin
Electromagntica
En el vaco la velocidad de la radiacin es independiente de y alcanza su valor mximo. Esta velocidad se representa por el smbolo c.
c= 2,99792 x 10 8 m/s
En el aire slo difiere de c en un 0,03% menos,
as para aire o vaco
c= n x = 3,00 x 10 8 m/s = 3,00 x 10 10 cm/s La energa del fotn es proporcional a la frecuencia de la
radiacin (relacin de Einstein-Planck).
Efotn = h o Efotn = h c/
La energa de un fotn de radiacin monocromtica ideal (una sola frecuencia) depende nicamente de su longitud de onda o de su frecuencia.
-
Efecto del medio en una radiacin
monocromtica
En cualquier medio material la propagacin disminuye: el campo
electromagntico interacciona con los electrones enlazantes de la
materia. Como la frecuencia n, es invariable, la longitud de onda , disminuye al pasar del vaco a otro medio, como se ve en la figura.
-
Regiones del espectro
Las zonas de separacin entre regiones no estn establecidas de modo rgido, y al pasar de una regin a otra no existen discontinuidades en las
propiedades de la radiacin.
-
Al atravesar la luz por la materia que contiene el analito o excitarse el analito y medir los fotones como seal se pueden dar los
siguientes casos:
Se produce un cambio en las propiedades de la radiacin, sin necesidad de producirse absorcin ni emisin (polarizacin, cambio
en el ngulo de fase, cambio en la velocidad o en la direccin de
propagacin) .
Es dispersada o re-emitida, con o sin cambio en la longitud de onda.
Hay Absorcin (cambio en la amplitud, pues se transfiere energa entre los fotones y el analito ) y posterior transformacin de la
energa absorbida en energa trmica.
La muestra puede emitir radiacin electromagntica si se le excita bajo determinadas condiciones (liberacin de un fotn cuando el
analito recupera su estado de menor energa desde otro excitado)
Interaccin materia-radiacin electromagntica
-
Propiedades ondulatorias. Refraccin Reflexin Polarizacin Dispersin: Dispersin Rayleigh Dispersin por molculas grandes Dispersin Raman Difraccin Propiedades como partcula Efecto Fotoelctrico
Fenmenos pticos generales de la luz
-
Refraccin de la radiacin
-
Refraccin de la radiacin
-
Reflexin de la radiacin
-
Cuando los rayos de luz llegan a un cuerpo en
el cual no pueden continuar propagndose,
salen desviados en otra direccin, es decir, se
reflejan. La forma en que esto ocurre depende
del tipo de superficie sobre la que inciden y del
ngulo que forman sobre la misma.
Reflexin especular: Las superficies pulidas
reflejan de una forma regular la mayor parte de
las radiaciones luminosas que les llegan
Reflexin difusa: Las superficies rugosas
actan como si estuvieran formadas por
infinidad de pequeas superficies dispuestas
irregularmente y con distinta orientacin, por lo
que las direcciones de los rayos reflejados son
distintas.
La mayor parte de lo que nosotros vemos es
luz que ha sido reflejada por los objetos
situados en nuestro entorno. Por tanto los
objetos reciben directamente la luz del Sol,
reflejndola o difundindola hacia otros objetos
que se encuentran en la sombra.
Reflexin
REFLEXIN ESPECULAR
-
Fenmeno producido cuando la radiacin atraviesa una
interfase con diferente ndice de refraccin. La fraccin reflejada
es mayor a medida que aumenta la diferencia entre los ndices
de refraccin.
Reflexin interna total
-
Reflexin interna total
Ejemplo
-
= 0,085
-
La radiacin ordinaria puede considerarse como un haz de ondas
electromagnticas en las que las vibraciones se distribuyen por
igual entre una serie infinita de planos centrados a los largo de la
trayectoria del haz La eliminacin de uno de los dos planos origina
un haz polarizado en un plano
Polarizacin de la radiacin
-
Polarizacin de la radiacin
Fig.1 - Una onda electromagntica polarizada. Las oscilaciones del campo elctrico slo se producen en un plano del espacio, son perpendiculares a las oscilaciones del campo magntico, y ambas son perpendiculares a la direccin de propagacin de la onda.
-
DISPERSIN DE LA RADIACIN
-
Dispersin
La dispersin de radiacin tiene lugar cuando un haz de radiacin incidente choca con partculas atmicas o moleculares que son relativamente pequeas con respecto a la de dicha radiacin incidente. Una pequea fraccin de la radiacin se transmite en todas las direcciones (sale del camino recto del haz y acta como una fuente sencundaria de luz). La intensidad de la radiacin dispersada se incrementa con el tamao de la partcula.
-
Dispersin Rayleigh Debida a la dispersin por molculas o agregados de
molculas de dimensiones bastante menores que l de
la radiacin. Una manifestacin cotidiana de la dispersin Rayleigh
es el azul del cielo, consecuencia de la mayor
dispersin de las l ms cortas del espectro visible.
-
Efecto Tyndall debido a niebla
-
Dispersin o Efecto Tyndall Dispersin producida por molculas muy
grandes o partculas de dimensiones coloidales y es apreciable para el ojo humano.
La medida de la radiacin dispersada sirve para determinar el tamao y la configuracin de ciertas molculas polimricas y partculas coloidales.
-
Dispersin Raman
Ocurre cuando parte de la radiacin dispersada sufre cambios cuantizados en su frecuencia.
Estos cambios son el resultado de transiciones entre niveles de energa vibracionales de la molcula.
-
Luz de salida tiene
igual frecuencia que
la incidente, pero
dispersada en
muchos ngulos
diferentes
La luz intercambia
energa con la
vibracin de la
molcula y es
dispersada
Dispersin Rayleigh
Dispersin Raman
-
Difraccin Proceso por el que un haz paralelo de radiacin se curva cuando pasa a travs
de un obstculo puntiagudo o a travs de una abertura estrecha (longitud del
mismo orden que la longitud de onda)
-
Difraccin
Thomas Young en 1800
-
Thomas Young en 1800
-
Introduccin a los mtodos
espectromtricos
Conocimientos de la naturaleza de la radiacin electromagntica y sus
interacciones con la materia.
Regiones del espectro electromagntico y relacin con los mtodos de anlisis
espectromtricos.
Propiedades generales, ondulatorias y mecnico-cunticas
-
Cuando se irradia al fotoctodo con
radiacin monocromtica se produce la
emisin de electrones desde la superficie
del metal hacia el nodo con un rango
determinado de energas cinticas.
Existen ciertas observaciones que difieren
bastante de lo que cabra esperar
clsicamente:
1)No se desprenden electrones, aun
cuando la intensidad de luz aumente, si
no se ha excedido un valor de frecuencia
caracterstico de cada metal, n umbral.
2)An a intensidades de luz bajas los
electrones son desprendidos
inmediatamente, si la frecuencia de la luz
incidente supera el valor de n umbral.
3) La energa cintica de los electrones
desprendidos es linealmente proporcional
a la frecuencia de la luz incidente
Efecto fotoelctrico
-
Einstein, en 1905, explic este fenmeno afirmando que la energa no se transmite repartida en toda la onda (como se
supona en la teora clsica), sino agrupada en unos paquetes
de energa que llam fotones (partcula sin masa en reposo,
pero con una cantidad de movimiento y energa) que al
moverse son guiados por una onda que es la que se detecta
en determinadas experiencias.
Cuando la luz llega a la superficie del metal la energa no se reparte equitativamente entre los tomos que componen las
primeras capas en las que el haz puede penetrar, sino que por
el contrario slo algunos tomos son impactados por el fotn
que lleva la energa.
Si esa energa es superior a la de la atraccin de los electrones por los ncleos, los arranca del metal.
Explicacin terica
-
La energa cintica de los electrones emitidos depende de la frecuencia de la radiacin incidente y de la posicin que
ocupa ese electrn en el metal.
Ecuacin de Einstein:
hn- hno = m v2
(La energa incidente menos el trabajo de extraccin es igual
a la energa cintica del electrn extrado).
Existe un potencial de corte (Vo) o potencial de frenado para el que i=0. Este potencial de corte es independiente de la
intensidad de la radiacin (I), pero depende de su frecuencia.
El producto del potencial por la carga es trabajo ( por la
definicin de potencial V=W/q ). El trabajo de frenado (Voq)
debe ser suficiente para frenar a los electrones ms rpidos,
que son los que estaban menos ligados al metal.
Vo e= m v2 .
Explicacin terica
-
En el Efecto fotoelctrico se pone de
manifiesto la naturaleza
corpuscular de la REM.
La energa asociada a la radiacin
consiste en paquetes de energa
(fotones) de magnitud:
E = h n = hc/ h= 6.626 x10 -34 Js, constante de Planck
La conservacin de la energa requiere
que la energa cintica de los
electrones desprendidos satisfaga:
m v2= eVo = h n - es la energa precisa para
desprender un electrn al metal,
denominada funcin de trabajo del
metal
Si h n < no ocurrir el fotodesprendimiento: tal es la razn de
la frecuencia umbral.
Efecto fotoelctrico
-
Aplicaciones del efecto
fotoelctrico Las clulas fotoelctricas que se utilizan como interruptores se
construyen basndose en el efecto fotoelctrico. Colocadas en un circuito controlan el paso de la corriente: conducen cuando se iluminan y bloquean el paso de corriente cuando no incide la luz en ellas .
Las clulas fotovoltaicas en combinacin con rels forman parte de muchos mecanismos automticos. En la puerta de un ascensor un rayo que sale de un lado de la puerta incide sobre una clula fotoelctrica situada al otro lado. Cuando se interrumpe el rayo la clula no conduce y el rel conectado a ella conmuta de posicin. El rel junto con la clula regula la corriente que llega a un motor elctrico conectado en el circuito.
Por otra parte, en la energa fotovoltaica la luz al incidir en una unin PN de un transistor tambin produce corriente elctrica. El fenmeno fotoelctrico constituye, junto con lo enunciado de la emisin de energa de Plank, el inicio de la Mecnica Cuntica.